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混凝土复合材料作为一种主导性的建筑材料,在土木建筑、岩土工程、铁路公路等各类工程建设中发挥着重要的支撑作用。以往对混凝土复合材料的力学特性的研究主要是在宏观尺度上进行,将混凝土复合材料假定为内部结构均匀连续的理想材料。随着材料科学的发展,试验技术的成熟以及计算科学的突飞猛进,人们对混凝土复合材料的研究视角已经由宏观层次转移到细观、微观层次。从细观尺度出发研究混凝土复合材料的损伤破坏过程,能更加合理的解释混凝土复合材料的非线性力学性质。通过数值模拟技术对混凝土细观尺度的研究具有非常大的优势,能模拟出在各种工况下试样内部复杂的应力应变及损伤破坏过程,这些信息往往是普通试验很难得到的。因此建立符合真实混凝土复合材料细观结构特征的数值模型是一个非常有意义和价值的研究课题。目前学者们给出的混凝土复合材料细观建模方法主要针对素混凝土,对钢纤维混凝土细观建模,特别是三维复杂形状钢纤维混凝土细观建模的研究成果还比较少。本文通过在混凝土复合材料细观建模过程中引入ANSYS/LS-DYNA软件的接触碰撞仿真功能,成功生成了钢纤维混凝土二维、三维细观几何模型及有限元模型,发展了混凝土复合材料细观建模理论。主要研究内容如下:(1)研究了二维、三维几何体的随机接触碰撞在LS-DYNA程序中的具体实现过程。选择出了适用于模拟骨料的单元类型和材料模型,确定了适用于模拟混凝土浇筑振捣过程中骨料发生的不可预知的复杂的接触碰撞的接触类型。通过实例论证了LS-DYNA程序应用于混凝土复合材料细观建模的可行性。(2)给出了椭圆形骨料、随机凹凸型骨料、弓形钢纤维以及波浪形钢纤维各自几何模型的生成方法。(3)利用LS-DYNA程序模拟了椭圆形骨料、随机凹凸型骨料、弓形钢纤维以及波浪形钢纤维的随机接触碰撞,完成了骨料、钢纤维随机投放过程,。(4)在LSPREPOST后处理中,提取骨料、钢纤维的关键点坐标数据,在ANSYS中完成几何模型重建,成功生成了椭圆形骨料混凝土、随机凹凸型碎石骨料混凝土、钢纤维混凝土细观几何模型。(5)针对复杂形状骨料和钢纤维的几何模型特征,给出了采用背景网格法生成有限元模型时的单元材料类别判定方法,生成了二维和三维钢纤维混凝土细观有限元模型。(6)利用生成的二维钢纤维混凝土细观模型,对钢纤维在数值试样中的分布形态(包括方向系数和分散系数)进行了定量研究。同时,结合混凝土损伤力学模型对二维素混凝土和钢纤维混凝土细观数值模型在单轴拉伸位移荷载工况下的数值试样破坏过程进行了对比研究。